УДК 69

АВАРИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ВЫЗВАННЫЕ ОШИБКАМИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЙ

Макарычев Константин Владимирович1, Анжаурова Ксения Сергеевна2
1Воронежский государственный технический университет, старший преподаватель кафедры строительных конструкций, оснований и фундаментов имени профессора Ю.М. Борисова
2Воронежский государственный технический университет, магистрант кафедры строительных конструкций, оснований и фундаментов имени профессора Ю.М. Борисова

Аннотация
В данной статье рассматриваются крупные разрушения зданий и сооружений XX-XXI веков. Проведен анализ проблемы приведшей к разрушениям зданий и сооружений, а также предложены возможные способы предотвращения подобных ситуаций.

Ключевые слова: , , ,


Рубрика: 04.00.00 ГЕОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Макарычев К.В., Анжаурова К.С. Аварии зданий и сооружений вызванные ошибками при производстве инженерных изысканий // Современные научные исследования и инновации. 2020. № 6 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2020/06/92683 (дата обращения: 01.08.2021).

За период ХХ-XXI веков произошло немало крупных аварий зданий и сооружений унесшие множество жизней.

В ходе многочисленных расследований было выявлено, что в большинстве случаев основной причиной аварий является неправильная оценка изыскателями свойств грунтов основания, а также ошибки во время строительства зданий и сооружений.

Разрушение плотины Сан-Френсис (Калифорния, США).

Рис.1. Плотина Сан-Френсис (Калифорния, США) после разрушения

Таблица 1. Данные о плотине Сан-Френсис (Калифорния, США)

Год постройки сооружения

1926 год

Длина сооружения

186 м

Высота сооружения

51 м

Радиус сооружения

130 м

Емкость сооружения

46 млн. м3

В ночь на 13 марта 1928 года бетонная плотина рухнула, и волна высотой 30м устремилась вниз по долине, сметая все на своем пути, причиняя ущерб вокруг и унося за собой многочисленные жертвы. Бетонные блоки объемом 2500 м3 были оттеснены вниз по течению на расстояние 800 метров.

В разрезе основание плотины представляет собой сложение из неоднородных грунтов, а именно: левый берег – сланцы, правый берег – красный конгломерат. Перед строительством инженерно-геологические изыскания были произведены некорректно, вдобавок к этому при проектировании и расчетах не было учтено возможное изменение прочностных характеристик грунта при увлажнении. Катастрофа была неизбежной.

Основными составляющими конгломерата являются глина и гипс. Из-за того, что гипс растворился, а глина размягчилась, прочность грунта уменьшилась в 2-3 раза. Прочность сланцев не менялась от действия воды и составляла 250-770 кг/см2 . Однако из-за слоистой структуры произошло скольжение верхних слоев вниз под давлением воды.

В результате этого фильтрация воды была увеличена, что привело к образованию огромной промоины. Нижняя часть плотины рухнула в промоину, затащив за собой и верхнюю часть.

Из-за плохой изученности прочности и водонепроницаемости оснований были и другие аналогичные катастрофы. Так, например, плотина Аустин в 1900 году (Техас, США), плотина Селла Зереино (Италия) в 1955 году и многие другие.

Авария шестисекционного кирпичного дома на 96 квартир в г. Тула, Россия.

На завершительных этапах строительства (порядка 90%) пятиэтажного шестисекционного кирпичного дома в г. Тула произошла авария. Одна из секций полностью рухнула.

Строительство велось по типовому проекту с продольными несущими стенами и подвалом. Также в доме был предусмотрен магазин на первом этаже. Обследование аварийного здания и изучение проектной и рабочей документации показало следующее.

  1. Фундаменты были сборные железобетонные прерывистые, заложенные относительно подвала ниже на 20 см, просели в середине здания относительно оси В до 54 см и ушли внутрь подвала на 70 см.
  2. Полное отсутствие бетонной подготовки.
  3. По длине здания присутствовали значительные неравномерные осадки и смещения. Местами выпирание грунта достигало шириной до 1,5 м и высотой до 1,0 м.
  4. Ось Б: максимальное значение осадок составило 54 см со смещением оси в сторону оси А до 20 см (рис. 2, б, в, г). Валы выпирания были расположены по обе стороны подвала. Относительно оси А выпирания и осадок не было обнаружено.

Рис.2. Деформации жилого дома в г. Туле (все размеры приведены в метрах).

А – развитие деформаций в фасадной стене; Б – смещение несущих стен в плане; В – поперечный разрез здания; Г – смещение фундаментов.
1 – обрушившаяся часть; 2 – отклонение стены; 3 – выпор грунта; 4-деформация пола подвала.

Из-за неравномерных деформаций фундаментов под продольными стенами жесткая коробка развернулась в поперечном направлении вокруг линии, проходящей относительно оси В. Отклонение верхней части здания от цоколя составило 60 см, также отмечалось множественное количество больших трещин в стенах. Эта авария произошла из-за недобросовестного подхода к оценке инженерных изысканий. Так, за основу были взяты прочностные характеристики, указанные в действующем нормативном документе (СНиП) на проектирование оснований. Изыскателями не было учтено, что данные табличные значения корректны только на четвертичные отложения. В основании дома оказались глинистые грунты нижнекаменноугольных отложений, которым свойственно снижение прочностных и увеличение деформационных свойств при обнажении и увлажнение.

Вдобавок к ошибкам при производстве изыскательских работ добавились многократные ошибки во время строительства. Плохая планировка грунта вокруг строящегося здания, а также наличие уклона и недостаточно уплотненного грунта обратной засыпки привело к доступу воды в подвал. Стена при отсутствии бетонной подготовки пола стала работать по схеме свойственной подпорной стенке с небольшим заглублением передней грани и повышенным горизонтальным давлением увлажненного грунта обратной засыпки нее заднюю грань. Также проектировщиками не было учтено возможности изменения расчетной схемы во время строительства, как это требуют действующие нормативные документы. В связи с большим количеством повреждений здание пришлось демонтировать.

Однако в настоящее время существуют множество программных комплексов способных рассчитать деформации и осадки от строящегося здания в условиях стесненности. Одним из таких программных комплексов (далее ПК) является MIDAS GTS NX.

В MIDAS GTS NX можно сгенерировать гибридную сетку конечных элементов: гексаэдральные и тетраэдрические элементы. Главным преимуществом гексаэдральных элементов является то, что он более точны для расчета напряженно-деформированного состояния. А тетраэдрические, в свою очередь, более эффективны для моделирования резких углов и изгибов сложной геометрии. В ПК можно использовать одновременно и гексаэдральные и тетраэдрические элементы, на скорость расчетов это не влияет.

Таблица 2. Комплексное решение геотехнических задач в MIDAS GTS NX

Расчет устойчивости

  1. Расчет устойчивости методом редукции (SRM);
  2. Расчет устойчивости методом предельного равновесия (SAM);
  3. Расчет устойчивости с учетом стадийности (SRM/ SAM).

Статический расчет

  1. Статический линейный расчет;
  2. Нелинейный статический расчет.

Расчет с учетом стадийности

  1. Расчет НДС (Дренированный / Недренированный);
  2. Расчет фильтрации с учетом последовательности;
  3. Расчет консолидации с учетом последовательности;
  4. Совмещенный расчет: НДС – Фильтрация – Устойчивость;
  5. Совмещенный расчет: НДС – Устойчивость.

Расчет консолидации

  1. Расчет консолидации;
  2. НДС – Фильтрация / Полный совмещенный расчет.

Полный совмещенный расчет

  1. Позволяет в рамках одного расчетного случая решать разные типы расчетов.

Расчет фильтрации

  1. Расчет установившейся фильтрации;
  2. Расчет неустановившейся фильтрации.

Расчет на динамические воздействия

  1. Расчет собственных колебаний;
  2. Расчет методом спектров откликов;
  3. Линейный расчет переходных расчетов;
  4. Нелинейный расчет переходных расчетов;
  5. 1D/2D эквивалентный расчет;
  6. Нелинейный расчет переходных процессов + Расчет устойчивости методом редукции (SRM).

Благодаря ПК MIDAS GTS NX можно спроектировать множество расчетных моделей, тем самым избежать аварий, которые способны унести множество жизней.


Библиографический список
  1. ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация
  2. СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений
  3. Баркан, Д.Д. Динамика оснований и фундаментов / Д.Д. Баркан. – М.: Стройвоенмориздат, 1985. – 412 c.


Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Анжаурова Ксения Сергеевна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация